爬架荷载计算.docx
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爬架荷载计算
TS-01型附着式升降脚手架
设计计算书
北京韬盛科技发展有限公司
二○一二年五月
1.计算依据
（1）《建筑施工附着升降脚手架管理暂行规定》建建[2000]230号
（2）《建筑结构荷载设计规范》GB50009-2001
（3）《钢结构设计规范》GB50017-2003
（4）《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002
（5）《建筑施工安全检查标准》JGJ59-99
（6）《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》JGJ202-2010
（7）《附着式升降脚手架》Q/TXTSK001-2009
2.计算说明
2.1架体参数
导座式附着升降架的相关架体参数如下：
表1架体相关参数
序号
项目
内容
1
架体宽度
内外排立杆中心距0.9m，内立杆与结构间距0.4m
2
立杆间距
立杆间距1.5m
3
水平杆步距
水平杆步距1.8m
4
架体高度
架体总高为8步，高度15.2m
5
计算跨度
取五个立杆间距，按7.5m一跨计算
6
附着支座数量
使用过程中每榀主框架上保证不少于3个，提升过程中不少于2个
7
附着支座与结构连接
27螺杆，Q235钢
8
吊挂件与结构连接
30螺杆，Q345钢
计算所采用的楼层相关信息如下：
表2楼层相关参数
序号
项目
内容
1
层高
2.8m~4.0m
2
砼强度
C20
3
墙体厚度
200mm
2.2计算选用值
材料选用值见表3。
表3材料选用值
A
（cm2）
I
（cm4）
W
（cm3）
i
（cm）
重量
（N/m）
f48.3*3.2
4.53
11.59
4.80
1.60
35.6
f48*3.5
4.89
12.19
5.08
1.58
38.4
f48*3.0
4.24
10.78
4.49
1.59
33.3
[6.3
8.45
51
16.3
2.46
66.3
各类材料物理性能指标选用值见表4。
表4各类材料物理性能指标选用值
材料种类
弹性模量E
（N/mm2）
抗拉、抗压和抗弯f
（N/mm2）
抗剪fv
（N/mm2）
f48.3*3.2
206×103
205
120
f48*3.5
206×103
205
120
f48*3.0
206×103
205
120
[6.3
206×103
205
120
M27螺杆
206×103
170
140
M30螺杆
206×103
170
140
焊缝（角焊缝）
160
160
计算参数见表5。
表5相关计算参数
序号
类别
项目
符号
取值
备注
1
架体荷载
操作面铺板
150N/m2
扣件
13.2N/个
2
施工
活荷载
使用状态同时作业3层时
2.0kN/m2
升降状态按3层荷载计
0.5kN/m2
3
风荷载
基本风压
w0
0.4kN/m2
风压高度变化系数
2.83
A类，200m
风振系数
1.0
建筑物体型系数
1.3
挡风系数
0.8
2.3验算项目
在确定架体计算单元的基础上对下列部分进行验算：
（1）水平支承桁架；
（2）主框架；
（3）架体构架
（4）附着支座；
（5）上、下吊点
（6）防坠验算。
3.计算单元
计算单元简图如图1：
图1附着式升降脚手架示意图
为偏于安全计，计算单元取5个立杆间距，跨度为7.5m。
4.
计算荷载
取一个计算单元计算，各部位的荷载标准值如下表：
表6荷载标准值
代号
项目
计算标准
荷载值
A
永久荷载
A1
主框架
（每榀主框架）
导轨立杆9.3×38.4×2＝714N
导轨纵向小横杆0.09×27.6×74＝184N
导轨横向小横杆0.16×23.0×25＝92N
导轨小斜杆0.38×23.0×13＝114N
框架立杆10.0×38.4×2＝768N
框架水平杆0.85×38.4×6＝196N
框架斜杆1.90×38.4×2＝146N
2.21kN
A2
主框架加长节
（每榀主框架）
导轨立杆4.0×38.4×2＝307N
导轨纵向小横杆0.09×27.6×32＝79N
导轨横向小横杆0.16×23.0×11＝40N
导轨小斜杆0.38×23.0×11＝96N
框架立杆4.0×38.4×2＝307N
框架斜杆1.90×38.4×2＝146N
0.98kN
A3
水平支承桁架
（每立杆间距）
立杆2.3×38.4＝88N
水平杆1.5×38.4×2＝115N
斜杆2.34×38.4＝90N
0.29kN
A4
附着支座（每榀主框架）
330N
0.33kN
A5
架体外排立杆处
（每立杆间距）
立杆13.3×38.4＝511N
大横杆及扶手杆38.4×1.5×15＝864N
小横杆38.4×1.2/2×8＝184N
剪刀撑38.4×18.0/2＝346N
扣件13.2×（9+2×8）＝330N
操作面铺板150×0.45×1.5×5＝506N
密目立网5×15.2×1.5＝114N
2.86kN
A6
架体内排立杆处
（每立杆间距）
立杆13.3×38.4＝511N
大横杆及扶手杆38.4×1.5×7＝403N
小横杆38.4×1.2/2×8＝184N
扣件13.2×8×2＝211N
操作面铺板150×0.45×1.5×5＝506N
1.82kN
A7
架体内外排水平杆
（架体构架计算用）
大横杆自重38.4N/m
小横杆自重38.4×1.2/2÷1.5＝15.4N/m
操作面铺板150×0.45＝67.5N/m
121N/m
A8
电动葫芦（每榀主框架）
2000N
2.00kN
B
可变荷载（使用工况下每立杆单元）
B1
架体外排立杆处
0.45×1.5×3000×2＝4050N
4.05kN
B2
架体内排立杆处
0.45×1.5×3000×2＝4050N
4.05kN
C
可变荷载（升降工况下每立杆单元）
C1
架体外排立杆处
0.45×1.5×500×2＝675N
0.68kN
C2
架体内排立杆处
0.45×1.5×500×2＝675N
0.68kN
D
可变荷载（坠落工况下每立杆单元）
D1
架体外排立杆处
0.45×1.5×500×3＝1013N
1.01kN
D2
架体内排立杆处
0.45×1.5×500×3＝1013N
1.01kN
E
风荷载
E1
每个立面单元
1×2.83×（1.3×0.8）×400×1.5×1.8＝3179N
3.18kN
5.水平支承桁架验算
为偏于安全计，水平支承桁架取五片水平桁架（跨度为7.5m）进行计算，并按简支受力进行分析，其荷载效应组合为：
永久荷载+施工活荷载
5.1计算简图
按简支静定桁架进行分析，其计算简图如下：
图2水平支承桁架计算简图
5.2荷载计算
5.2.1外侧水平支承桁架
永久荷载：
PGLw=G（A3+A5）=1.2（0.29+2.86）=3.78kN
可变荷载：
PQLw=Q·B1=1.4×4.05=5.67kN
则计算荷载：
Pw=PGLw+PQLw=3.78+5.67=9.45kN
式中：
PGLw每个外侧支承桁架的竖向永久荷载设计值
PGLw每个外侧支承桁架的竖向可变荷载设计值
Pw每个外侧支承桁架的设计荷载
G永久荷载分项系数，取G=1.20
Q可变荷载分项系数，取Q=1.40
A3水平桁架自重，见表6，A3=0.29kN
A5外排立杆永久荷载，见表6，A5=2.86kN
B1外排立杆可变荷载，见表6，B1=4.05kN
5.2.2内侧水平支承桁架
永久荷载：
PGLn=G（A3+A6）=1.2（0.29+1.82）=2.53kN
可变荷载：
PQLn=Q·B2=1.4×4.05=5.67kN
则计算荷载：
Pn=PGLn+PQLn=2.53+5.67=8.20kN
式中：
PGLn每个内侧支承桁架的竖向永久荷载设计值
PGLn每个内侧支承桁架的竖向可变荷载设计值
Pn每个内侧支承桁架的设计荷载
A6内排立杆永久荷载，见表6，A6=1.82kN
B2内排立杆可变荷载，见表6，B2=4.05kN
其受荷载值小于外侧水平支承桁架，因此仅须验算外侧水平支承桁架即可。
5.3受力分析
按静定支承桁架进行受力分析，结果如下图所示：
图3水平支承桁架受力分析图单位：
kN
5.4截面校核
由受力分析图可以看出，则最不利杆件为压杆，出现在两个支座处，其一为竖向压杆，受力为28.35kN；其二为斜腹杆，受力为24.60kN。
杆件一：
杆件型号按f48×3.0钢管计，杆件计算长度L＝1800mm
A＝424mm2i＝15.9mm
λx＝λy＝1800/15.9＝113
＝0.489
压杆稳定性验算如下：
=
136.73N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
杆件二：
杆件型号按f48×3.0钢管计，杆件计算长度L＝2343mm
A＝424mm2i＝15.9mm
λx＝λy＝2343/15.9＝147
＝0.316
压杆稳定性验算如下：
=
183.60N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
6.主框架验算
6.1模型分析
主框架导轨由三根f48*3.5钢管构成，联结焊成格构式结构，可以认为是截面如下图形式的“品”字形刚架。
图4主框架导轨截面示意图
经分析截面的中性轴如上图所示，刚架的截面参数如下：
截面惯性矩：
Ix=
=
=
mm4
截面模量：
Wx=
=
=
mm3
6.2计算简图
主框架的受力分析应根据荷载效应组合的不同分两种：
①永久荷载+施工活荷载
②永久荷载+0.9（施工活荷载+风荷载）
1）荷载效应组合①2）荷载效应组合②
图5主框架受力简图
6.3计算荷载
主框架承受由水平支承桁架传递来的荷载，并加上主框架自重荷载，主框架的自重荷载在内外排之间按2:
1的比例分配。
6.3.1使用工况
荷载效应组合①
内排处：
P1n=4Pn+2/3G（A1+A2）+GA8
=4×8.20+2/3×1.2×（2.21+0.98）+1.2×2.00
=37.75kN
按JGJ202规范4.1.7要求，考虑附加荷载不均匀系数 2=1.3后：
P1n=37.75×1.3=49.08kN
外排处：
P1w=4Pw+1/3G（A1+A2）=4×9.45+1/3×1.2×（2.21+0.98）
=39.08kN
按JGJ202规范4.1.7要求，考虑附加荷载不均匀系数 2=1.3后：
P1w=39.08×1.3=50.80kN
荷载效应组合②
内排处：
P2n=4[G（A3+A6）+0.9QB2]+2/3G（A1+A2）+GA8
=4×[1.2×（0.29+1.82）+0.9×1.4×4.05]+2/3×1.2×（2.21+0.98）+1.2×2.00
=35.49kN
按JGJ202规范4.1.7要求，考虑附加荷载不均匀系数 2=1.3后：
P2n=35.49×1.3=46.14kN
外排处：
P2w=4[G（A3+A5）+0.9QB1]+1/3G（A1+A2）
=4×[1.2×（0.29+2.86）+0.9×1.4×4.05]+1/3×1.2×（2.21+0.98）
=36.81kN
按JGJ202规范4.1.7要求，考虑附加荷载不均匀系数 2=1.3后：
P2w=36.81×1.3=47.85kN
风荷载：
PF=0.9×4QE1=0.9×4×1.4×3.18=16.03kN
按JGJ202规范4.1.7要求，考虑附加荷载不均匀系数 2=1.3后：
PF=16.03×1.3=20.84kN
上列式中：
P1n荷载效应组合①下主框架内侧杆荷载设计值
P1w荷载效应组合①下主框架外侧杆荷载设计值
P2n荷载效应组合②下主框架内侧杆荷载设计值
P2w荷载效应组合②下主框架外侧杆荷载设计值
PF每个主框架单元节点的风荷载设计值
A1主框架自重，见表6，A1=2.21kN
A2主框架加长节自重，见表6，A2=0.98kN
A8提升设备自重，见表6，A8=2.00kN
E1每个立面单元节点所受风荷载，见表6，E1=3.18kN
6.3.2升降工况
荷载效应组合①
内排处：
P1n=4[G（A3+A6）+QC2]+2/3G（A1+A2）+GA8
=4×[1.2×（0.29+1.82）+1.4×0.68]+2/3×1.2×（2.21+0.98）+1.2×2.00
=18.34kN
按JGJ202规范4.1.7要求，考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后：
P1n=18.34×2.0=36.68kN
外排处：
P1w=4[G（A3+A5）+QC1]+1/3G（A1+A2）
=4×[1.2×（0.29+2.86）+1.4×0.68]+1/3×1.2×（2.21+0.98）
=19.66kN
按JGJ202规范4.1.7要求，考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后：
P1w=19.66×2.0=39.32kN
荷载效应组合②
内排处：
P2n=4[G（A3+A6）+0.9QC2]+2/3G（A1+A2）
=4×[1.2×（0.29+1.82）+0.9×1.4×0.68]+2/3×1.2×（2.21+0.98）
=16.11kN
按JGJ202规范4.1.7要求，考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后：
P2n=16.11×2.0=32.22kN
外排处：
P2w=4[G（A3+A5）+0.9QC1]+1/3G（A1+A2）
=4×[1.2×（0.29+2.86）+0.9×1.4×0.68]+1/3×1.2×（2.21+0.98）
=19.82kN
按JGJ202规范4.1.7要求，考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后：
P2w=19.82×2.0=39.64kN
风荷载：
PF=0.9×4QE1=0.9×4×1.4×3.18=16.03kN
按JGJ202规范4.1.7要求，考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后：
PF=16.03×2.0=32.06kN
6.3.3坠落工况
荷载效应组合①
内排处：
P1n=4[G（A3+A6）+QD2]+2/3G（A1+A2）+GA8
=4×[1.2×（0.29+1.82）+1.4×1.01]+2/3×1.2×（2.21+0.98）+1.2×2.00
=20.74kN
按JGJ202规范4.1.7要求，考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后：
P1n=20.74×2.0=41.48kN
外排处：
P1w=4[G（A3+A5）+QD1]+1/3G（A1+A2）
=4×[1.2×（0.29+2.86）+1.4×1.01]+1/3×1.2×（2.21+0.98）
=22.05kN
按JGJ202规范4.1.7要求，考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后：
P1w=22.05×2.0=44.10kN
荷载效应组合②
内排处：
P2n=4[G（A3+A6）+0.9QD2]+2/3G（A1+A2）
=4×[1.2×（0.29+1.82）+0.9×1.4×1.01]+2/3×1.2×（2.21+0.98）
=17.77kN
按JGJ202规范4.1.7要求，考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后：
P2n=17.77×2.0=35.54kN
外排处：
P2w=4[G（A3+A5）+0.9QD1]+1/3G（A1+A2）
=4×[1.2×（0.29+2.86）+0.9×1.4×1.01]+1/3×1.2×（2.21+0.98）
=21.49kN
按JGJ202规范4.1.7要求，考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后：
P2w=21.49×2.0=42.98kN
风荷载：
PF=0.9×4QE1=0.9×4×1.4×3.18=16.03kN
按JGJ202规范4.1.7要求，考虑附加荷载不均匀系数 2=2.0后：
PF=16.03×2.0=32.06kN
6.4受力分析
取一个主框架单元进行计算，全部荷载简化为由一个框架单元承受，主框架是由多个单元构成，单个单元能满足承载要求时，多个单元组合承载能力更强。
受力分析简图如下：
1）荷载效应组合①2）荷载效应组合②
图6主框架受力分析简图
6.4.1使用工况
1）荷载效应组合①2）荷载效应组合②单位：
kN
图7主框架受力分析简图（使用工况）
6.4.2升降工况
1）荷载效应组合①2）荷载效应组合②单位：
kN
图8主框架受力分析简图（升降工况）
6.4.3坠落工况
1）荷载效应组合①2）荷载效应组合②单位：
kN
图9主框架受力分析简图（坠落工况）
6.5承载验算
6.5.1使用工况
（1）、荷载效应组合①
压杆校核：
l=900/15.9＝57＜[l]=150
查表得j＝0.829
=
72.26N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
拉杆校核：
=
133.94N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
（2）、荷载效应组合②
压杆校核：
l=900/15.9＝57＜[l]=150
查表得j＝0.829
=
127.37N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
拉杆校核：
=
126.18N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
6.5.2升降工况
（1）、荷载效应组合①
压杆校核：
l=900/15.9＝57＜[l]=150
查表得j＝0.829
=
55.93N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
拉杆校核：
=
103.68N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
（2）、荷载效应组合②
压杆校核：
l=900/15.9＝57＜[l]=150
查表得j＝0.829
=
147.60N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
拉杆校核：
=
104.53N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
6.5.3坠落工况
（1）、荷载效应组合①
压杆校核：
l=900/15.9＝57＜[l]=150
查表得j＝0.829
=
62.73N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
拉杆校核：
=
116.27N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
（2）、荷载效应组合②
压杆校核：
l=900/15.9＝57＜[l]=150
查表得j＝0.829
=
152.35N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
拉杆校核：
=
113.33N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
7.架体验算
7.1架体立杆
比较内外排立杆，外排立杆受力为Pw=9.45kN，内排立杆受力为Pn=8.20kN，内外排立杆受力环境状态相同，因此只须验算外立杆稳定性。
l=1800/15.9＝113＜[l]=210
查表得j＝0.496
按JGJ202规范4.1.6要求，考虑附加安全系数 1=1.43后：
Pw=1.43×9.45=13.51kN
64.24N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
7.2架体水平杆
架体内排水平杆按单跨简支梁计算。
p=GA7+Qp活=1.2×121+1.4×0.45×2000=1405N/m
M=1/8·pl2=1/8×1405/1000×15002=3.95×105N·mm
式中：
p水平杆所受线荷载设计值
A7架体内外排水平杆所受永久荷载
p活使用工况下的活荷载
M水平杆所受跨中弯矩
则水平杆截面应力如下：
s=M/W=3.95×105/4.49×103
=87.97N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
则水平杆跨中挠度如下：
v=
=4.17mm＜[v]=10mm满足要求
8.上吊点吊挂件验算
8.1计算简图
吊挂件螺杆为M30螺杆，外侧挂吊挂件的一侧为光杆无螺纹，吊挂件安装图如下：
图10吊挂件安装示意图
受力简图如下：
图11吊挂件受力分析图单位：
kN
8.2荷载计算
吊挂件仅在架体升降时使用，因此按升降工况及荷载组合①情况考虑，吊挂件所受荷载为：
PD=P1n+P1w=36.68+39.32
=76.00kN
式中P1n及P1w见6.3.2，计算值已经考虑了附加荷载不均匀系数 2。
8.3吊环验算
吊环采用Φ28圆钢
吊环截面积：
As＝615.75mm2
s＝PD/2As＝76.00×103/（2×615.75）
＝61.71N/mm2＜f=205N/mm2满足要求
8.4吊环轴验算
吊环轴采用Φ32圆钢，承受剪力：
吊环轴截面积：
As＝804.25mm2
s＝PD/2As＝76.00×103/（2×804.25）
＝47.25N/mm2＜
满足要求
8.5焊缝强度计验算
焊缝采用母材直角焊，双面满焊hf≥6mm
焊缝强度许用设计值：
抗压：
fwc＝160N/mm2
抗拉、抗剪：
fwt＝160N/mm2
总焊缝长度：
ΣL＝250×4＝1000mm
焊缝有效高度：
he＝0.7hf＝0.7×6＝4.2mm
故：
ft＝P/heΣL＝76×103/4.2×1000
＝18.10N/mm2＜fwt＝160N/mm2满足要求
8.6吊挂件穿墙螺栓验算
8.6.1计算简图
受力简图见图8所示。
8.6.2受力分析
螺杆剪力R1y=PD=76.00kN
螺杆拉力R1x=PD×190/270=76.00×190/270=53.48kN
8.6.3截面校验
=98.96kN
=
=105.43kN
则
=0.85＜1满足要求
9.下吊点验算
9.1计算简图
下吊点为三角桁架式，由[6.3槽钢焊接而成，其计算简图如下：
图12下吊点桁架计算简图
9.2荷载计算
下吊点仅在架体升降时受力，因此按升降工况及荷载组合①情况考虑，下吊点所受荷载为：
PD=P1n+P1w=36.68+39.32
=76.00kN
式中P1n及P1w见6.3.
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